2018版高中历史 第四单元 近代以来世界的科学发展历程学案 新人教版必修3

第四单元近代以来世界的科学发展历程
课标要求：1.了解经典力学体系的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。

2.简述进化论的主要观点，概括科学与宗教在人类起源问题上产生分歧的根源。

3.以蒸汽机的改进和电气技术的应用等为例，说明科学技术进步对社会发展的作用。

4.知道相对论、量子论的主要内容并认识其意义。

5.以网络技术为例，理解现代信息技术对人类社会的影响。

第十一课物理学的重大进展
学习目标：1.简述经典力学的主要内容，认识其意义。

2.概述伽利略和牛顿对经典力学分别作出的贡献。

3.简述相对论的主要内容，概述其意义。

4.简述量子论的主要内容，概述其意义。

[情景导学]
材料爱因斯坦，1879年3月14日，生于德国南部符腾堡的乌尔姆市一个电器作坊的小业主家庭，犹太人。

他是当代最伟大的物理学家，被称为“20世纪的牛顿”，列宁说他是自然科学的“大革新家”。

1979年3月14日，为纪念爱因斯坦诞生一百周年，我国邮电部发行“纪念爱因斯坦诞辰一百周年”纪念邮票，编号J36，全套1枚。

邮票图案是爱因斯坦素描头像及相对论公式，构思新颖巧妙，表现了爱因斯坦的伟大贡献。

票面布局简单，但含义深刻，主体突出。

主图为爱因斯坦肖像，再现了这位科学巨匠的独特气质。

思考：近代以来，物理学领域除爱因斯坦外，还有哪些彪炳史册的科学巨匠？
提示：牛顿、伽俐略等。

一、经典力学
[教材导学]
1．背景
(1)文艺复兴运动的影响：不仅解放了人们的思想，也对科学研究产生了重要影响。

(2)伽利略的贡献
①通过实验证实，外力并不是维持运动状态的原因，只是改变运动状态的原因。

②发现了自由落体定律等物理学定律，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，为经典力学的创立和发展奠定了基础。

2．建立
(1)标志：1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书。

(2)内容：物体运动三大定律和万有引力定律等。

(3)特征：①以实验为基础。

②以数学为表达形式。

3．意义
(1)这一体系对解释和预见物理现象，具有决定性意义。

(2)根据万有引力定律，人们发现了海王星等。

[轻巧识记] 经典力学
[易错易混] 伽利略的杰出成就为牛顿经典力学的创立奠定了基础，标志着物理学的真正开端；牛顿力学体系的建立标志着近代科学的形成，是经典物理学的基础。

二、相对论的创立
[教材导学]
1．背景：到了19世纪，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。

2．内容
(1)狭义相对论：物体运动时，质量会随着物体运动速度增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。

(2)广义相对论：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。

3．意义
(1)相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。

(2)它否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。

(3)它也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。

[易错易混] 爱因斯坦的相对论并未全面否定牛顿力学体系。

爱因斯坦的相对论只是否定了牛顿力学体系的绝对时空观，并没有否定整个牛顿力学体系。

牛顿力学是相对论力学在低速状态下的一个特例。

牛顿力学是整个力学的基础，至今仍指导着物理学的发展。

相对论发展了牛顿力学，打破了传统的绝对时空观。

三、量子论的诞生与发展
[教材导学]
1．背景：19世纪末20世纪初，人们对物质的认识深入到了原子内部；微观的粒子运动不能用经典力学的理论来说明。

2．过程
(1)普朗克在1900年提出量子假说。

(2)爱因斯坦利用量子理论解释光电效应；玻尔提出原子的量子理论。

(3)20世纪30年代，量子力学建立起来。

3．意义
(1)量子论使人类对微观世界的基本认识取得革命性的进步。

(2)量子论与相对论一起，构成了现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识宏观世界和微观世界方面的不足。

(3)不仅推动了物理学自身的进步，而且开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。

[轻巧识记] 图示法理解物理学的发展
[易错易混] 爱因斯坦的相对论仍然是对宏观世界的探究与认识，而量子论的提出使人类对世界的研究进入微观世界。

探究一物理学的发展
[材料探史]
[史料呈现] 材料一牛顿最突出的贡献是在力学方面，他在前人的研究基础上，总结出了机械运动的三个基本定律，还发现了万有引力定律，把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系之中，创立了经典力学体系。

材料二空间、时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布……物质的存在会使四维时空发生弯曲，万有引力并不是真正的力，而是时空弯曲的表现。

如果物质消失，时空就回到平直状态。

——爱因斯坦《相对论》材料三他是德国著名物理学家……于1900年提出了量子假说，认为辐射像物质一样，是由具有能量的基本单位量子来实现的。

量子论成为20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一。

(1)根据材料一，指出牛顿对建立经典力学作出的主要贡献。

(2)爱因斯坦相对论由哪两个部分组成？根据材料二，结合所学知识，指出相对论对经典力学有何新发展？
(3)材料三中的“他”是谁？“他”的理论是怎样发展完善的？这一理论对牛顿经典力学的发展之处是什么？
[信息解读] 第(1)、(2)两问，结合教材不难作答。

第(3)问，需抓住材料中“于1900年提出了量子假说”这一关键信息，据此可判断出“他”是普朗克，然后结合所学知识回答即可。

[答案提示] (1)提出了物体运动三大定律和万有引力定律，创立了经典力学体系。

(2)狭义相对论和广义相对论。

弥补了经典力学在认识宏观世界上的不足，否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性，它也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。

(3)普朗克。

发展完善：爱因斯坦解释光电效应，玻尔提出关于原子的量子理论。

发展之处：将人们对世界的认识深入到微观世界。

经典力学、相对论与量子论之间的关系
(1)经典物理学所适用的主要是我们日常生活中的物理现象，但在宏观的宇宙世界和微观的粒子世界面前，就显得不太够用了。

(2)量子论的形成标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界；同
时，在量子理论基础上发展起来的量子力学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。

(3)相对论的提出否定了经典力学的绝对时空观，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性，推动物理学发展到一个新的高度。

(4)量子论和相对论弥补了经典物理学的缺点，掀起了物理学的革命，构成了现代物理学的基本理论框架。

[题型突破]
牛顿曾经说过：“我所以有这样的成就，是因为我站
在巨人们的肩膀上的缘故。

”由于伽利略、开普勒等前人的努力，牛顿才有可能用已经准备好了的材料建立起一座宏伟的经典力学大厦，这座大厦建立起来的标志是( ) A．《力学中的哲学原理》的发表
B．《科学的经典力学原理》的发表
C．《力学和数学的原理》的发表
D．《自然哲学的数学原理》的发表
[思路引导]
《自然哲学的数学原理》的发表⇒
提出牛顿三大定律
和万有引力定律
⇒
经典力学
体系建立
[解析] 牛顿的经典力学是建立在伽利略等人的成就之上，其建立的标志是《自然哲学的数学原理》的发表。

[答案] D
牛顿经典力学体系建立在日常生活中常见的低速运动的物质之上。

在牛顿力学中，时间和空间存在着绝对的静止和绝对的时间。

这种绝对的时空观符合人们的日常经验，但无法解释高速运动的物体运动的规律和微观世界中的粒子。

这说明牛顿力学体系面临着危机和挑战。

[针对训练1] 1918年诺贝尔物理学奖授予了一位德国物理学家，获奖评语是：“他使人类克服了经典物理学的危机……在人类对微观世界的认识上他提出的理论是一座不朽的里程碑。

”下列有关“他提出的理论”的表述，错误的是 ( )
A．有助于解释光电效应
B．推动了现代物理学的重大发展
C．揭示了时空的本质属性
D．促进了人们深入认识微观世界
[解析] 从题干信息中“克服了经典物理学的危机”“对微观世界的认识”可知“他提出的理论”是量子论。

量子论有助于解释光电效应，推动了现代物理学的重大发展，开阔了人们的眼界，并改变了人们认识世界的角度和方式，A、B、D三项表述正确，不符合题意；C项是相对论的影响，符合题意。

[答案] C
探究二近代科学产生和发展的原因
[材料探史]
[史料呈现] 材料一科学革命是西方文明的独特产物。

……一个原因在于文艺复兴时期的人文主义的学术成就。

学者和艺术家可以接近的不仅有柏拉图和亚里士多德，还有欧几里得和阿基米德，后者曾促进了物理学和数学的研究。

……匠人与学者之间的鸿沟被缩小，匠人在文艺复兴时期并不像在古典时代和中世纪时代那样受到鄙视。

——斯塔夫里阿诺斯《全球通史》材料二规则Ⅱ因此，对同类的自然效果，应尽可能归之于相同的原因。

……
规则Ⅲ物体的性质，它们既不能被增强又不能被减弱，并且属于所能做的实验中所有物体的，应被认为是物体的普遍性质。

因为物体的性质不能被知道，除非通过实验，且因此普遍的性质是任何与实验普遍地符合的性质；且它们不能被减少亦不能被除去。

规则Ⅳ在实验哲学中，由现象归纳得出的命题，在其他现象使这些命题更加精确或出现例外之前，都应被视为完全正确或基本正确的，而不管相反的假设。

……
——牛顿《自然哲学的数学原理》
(1)根据材料一并结合所学知识，回答“科学革命”为何成为西方文明的独特产物。

(2)据材料二，结合所学知识，分析17世纪的科学研究方法的“革命”对启蒙运动产生了怎样的影响。

[信息解读] (1)注意省略号的作用，省略号后的话分别指出思想和经济方面对“科学革命”的影响。

(2)“规则Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ”指出了近代科学研究方法：归纳推理和实验论证。

[答案提示] (1)资本主义工商业的成长刺激了对技术的需求，为近代科技的发展提供了工具和手段；资产阶级革命为资本主义发展、科技进步开辟了道路；人文主义和理性精神促进了思想解放；工匠地位提高。

(2)科学革命中形成的科学理念和方法，解放了人们的思想，为启蒙运动创造了条件。

近代科学发展的原因
(1)社会原因：资本主义的发展为科技发展奠定了物质基础，这是近代自然科学创立发展的社会基础。

(2)思想基础：文艺复兴、宗教改革和启蒙运动，为近代自然科学的诞生和发展奠定了思想基础。

(3)制度基础：欧洲的民族国家保护奖励科技发明，改革教育制度和专利制度，组织科研机构，推动了近代科学的创立和发展。

(4)外在因素：中国的四大发明、阿拉伯文化和希腊自然哲学传入西欧，开阔了人们的眼界，并为科学研究提供了丰富的素材。

(5)主观原因：科学家的努力探索，促进了科学的发展。

[题型突破]
17世纪近代数学兴起、牛顿力学体系创立等，这是人
类在自然科学领域取得重大突破的时期。

其取得重大突破的原因不包括 ( ) A．资本主义经济发展的要求
B．科学家艰苦的实验钻研
C．人文主义的推动
D．工业资本主义的发展
[思路引导]
[解析] 解答此题，要抓住题干时间“17世纪”。

工业资本主义的发展是在18世纪中期以后，不符合“17世纪”这一时间限定。

[答案] D
逆向选择题的解题技巧
逆向选择题是一种以表述错误的选项为正确选项的选择题，题干常用“表述错误”、“不正确”、“不是”、“不属于”、“无关”、“不符合”、“不包括”等词语来提示或限制，要求选出与史实不符的选项，在解题时，要注意方法的灵活使用，解法可以是直接逆向思维法，也可以用正向思维排除法，先排除正确的三项，选出剩下的一项，还可以采用正向思维与逆向思维并用的肯定与否定结合法。

[针对训练2] 19世纪，以牛顿力学为基础的经典物理学出现危机的根本原因是( )
A．经典物理学不够完善
B．经典物理学自身的局限性
C．物理学上出现了一系列新发展
D．经典物理学仅能解释地球上的物理现象
[解析] 本题要求回答“根本原因”，结合所学知识可知，经典物理学自身的局限性是出现危机的“根本原因”。

[答案] B
经典力学的特征和影响
1．特征
(1)注重实验，实验可以进一步揭示客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。

(2)数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。

自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。

(3)研究人们日常生活中易于理解的宏观世界。

2．影响
(1)促进了物理学的发展。

把自然界中一切力学现象囊括在力学体系中，成为人类在认识自然的历史上对自然规律的第一次总结与概括。

(2)标志着近代自然科学的形成。

牛顿力学最显著的特征：①注重实验，实验可以进一步揭示客观现象和过程之间的内在逻辑关系，并由此得出重要结论；②它的数学化，自然的数学结构是近代科学先驱深信不疑的真理。

(3)推动了工业革命的发展。

牛顿力学和热学引发了第一次工业革命，使人类社会进入“蒸汽时代”。

(4)为启蒙运动的兴起创造了条件。

牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础；打击了神学，促进人类思想不断解放。

[网络构建]
[关键必背]
1．牛顿建立了经典力学，改变了自中世纪以来人们的认识论和方法论。

经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系。

2．相对论的提出是物理学领域最伟大的革命之一。

它在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机，打破了经典物理学绝对化的思维模式，为人们提供了辩证地看待世界的途径。

3．量子理论是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步。

量子力学对其他科学领域都产生了重大影响，从根本上改变了人类的物质生活。

课时跟踪训练(十一)
一、选择题
1．英国数学家怀特海说：“近代力学体系的全部发展过程刚好占了两个世纪……伽利略跨出了第一步，找到了正确的思维道路。

”“伽利略跨出了第一步”是指( ) A．提出了量子假说
B．指出了经典力学绝对时空观的错误
C．指出了外力是改变运动状态的原因，他是经典力学体系的奠基者
D．提出了物体运动的三大定律
[解析] 本题主要考查学生对基础知识的再认再现能力。

A是普朗克的成就，B属于爱因斯坦的相对论，D属于牛顿的贡献。

C是对伽利略科技成果及作用的正确表述。

[答案] C
2．下列对17世纪牛顿经典力学体系产生的背景和原因的表述，不正确的是 ( ) A．资本主义经济的迅速发展
B．伽利略等人的研究为其奠定了坚实的基础
C．牛顿个人的巨大努力
D．同时代众多科学家的通力合作
[解析] A项是当时科学研究的经济基础和条件；B项是该体系产生的基础；C项是该体系产生的主观条件；牛顿力学体系是牛顿在继承前人成果的基础上的创新，故D项错误，故选D项。

[答案] D
3．某班同学在制作《近代物理学的成就》手抄报时，画了下面一幅漫画。

他要表达的是( )
A．伽利略通过对自然的观察发现了自由落体定律
B．牛顿在自然现象启发下开始研究万有引力定律
C．爱因斯坦相对论的提出是基于对自然规律的把握
D．任何科学规律及定律的发现都有其偶然的因素
[解析] 图片“星星、月亮”“树木”“人”，描述的是牛顿发现万有引力定律，B项正确。

[答案] B
4．“使人类克服了经典物理学的危机，对微观世界的基本认识有了革命性的进步”。

这一结论最应该送给 ( )
A．牛顿力学体系的建立B．量子论的提出
C．质量守恒定律的提出D．相对论的提出
[解析] 20世纪初，普朗克的量子论把人类对客观规律的认识从宏观世界推进到微观世界，故选B项。

[答案] B
5．他的墓志铭上写着这样的话：他以超乎寻常人的智力，用他所发明的数学方式，第一个证明了“行星的运动和图像，彗星的轨道和大海的潮汐。

”此人可能是( ) A．哥白尼B．牛顿
C．达尔文D．普朗克
[解析] 牛顿力学定律以严格的数学方法和逻辑体系把宇宙间的运动统一起来，对人类解释与预见物理现象具有决定性的意义，如解释了彗星的轨道和大海的潮汐。

海王星的发现是证明牛顿力学和万有引力定律有效性的最成功范例。

本题选B项。

[答案] B
6．“根据这一理论，将时间和空间说成是绝对的是没有意义的，因为对这两种范畴的测量通常随着观察者的运动而改变。

……对于门外汉来说，这些观点——通常用不能理解的数学公式解释——表明科学已经达到了能被人类所知的界限。

”上述“理论”的主要意义是( )
A．开创了以实验为基础的近代科学
B．预见海王星存在的准确性
C．弥补经典力学对时空认识的不足
D．发现能量辐射的运动原则
[解析] “将时间和空间说成是绝对的是没有意义的”指爱因斯坦提出的相对论，否定了经典力学的绝对空间观，从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性，发展了牛顿力学，所以选C项。

[答案] C
7．菲利普·费尔南德兹·阿迈斯托在评价某科学家时指出：在他的宇宙里，“每一种现象都是带有欺骗性。

物质和能量可以相互转换。

双胞胎以不同的速度衰老。

平行线可以交叉。

光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙。

”这位科学家是 ( )
A．伽利略B．达尔文
C．牛顿D．爱因斯坦
[解析] 根据题干中“物质和能量可以相互转换”“光线弯曲的径迹其实缠绕宇宙”分析，属于爱因斯坦的相对论的内容。

[答案] D
8．牛顿在《自然哲学的数学原理》序言中说：“哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力，而后用这些方法论证其他的现象。

”据此，牛顿注重 ( ) A．总结前人的理论研究成果
B．实验和数学运算的有机结合
C．实验、理论和应用相结合
D．运用哲学原理解释自然现象
[解析] 根据材料中“从各种运动现象来研究各种自然之力，而后用这些方法论证其他的现象”得出牛顿注重实践，不是注重总结前人的理论研究成果，故A项错误；材料中没有涉及对数学运算的论述，故B项错误；由材料中“从各种运动现象来研究各种自然之力，而后用这些方法论证其他的现象”得出牛顿注重的是实验、理论和应用相结合，故C项正确；
材料中强调的是哲学的任务，不是运用哲学原理解释自然现象，故D项错误。

[答案] C
9．史学家认为“17世纪后期科学革命的胜利为启蒙运动提供了先决条件”。

符合此“先决条件”的事件是( )
A．哥白尼提出“日心说”
B．经典力学的形成
C．达尔文提出生物进化论学说
D．伽利略发现自由落体定律
[解析] 可从时间上来判断分析排除各错误选项，A项是在1543年，C项是在1859年，D项是在1590年。

故选B。

[答案] B
10．(英国)皇家学会会长汤姆逊说：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就，它不是发现一个孤岛，而是发现了新的科学思想的新大陆。

”爱因斯坦相对论的提出是物理学思想的一场重大革命。

因为相对论 ( ) A．否定了牛顿的力学原理
B．借鉴了德国科学家普朗克的学说
C．揭示了时间、空间并非绝对不变的属性
D．修正了能量质量互相转化的理论
[解析] 结合所学可知，相对论揭示了时空与物质的本质属性，可以广泛地解释不同状态下的物质运动，创立了一个全新的物理学世界，极大地扩展了物理学应用的领域，同时，相对论也打破了经典力学绝对化的思维，为人们提供了辩证地看待世界的新途径，因此相对论是人类思想史上最伟大的成就之一，故C项正确。

[答案] C
11．1919年11月9日美国《纽约时报》头版文章有如下标题：“天之光歪斜”“科学家急切等待着日蚀观测的结果”“恒星不是在它们似乎应该所在的或被计算出来的位置上，但不必担心”。

这些文章介绍的科学理论应该是 ( )
A．经典力学B．狭义相对论
C．广义相对论D．量子理论
[解析] 经典力学的发表是在1687年；狭义相对论发表于1905年；广义相对论发表于1915年；量子理论发表于1900年。

[答案] C
12．相对论和量子论的创立是物理学的一场革命，它们都( )
A．打开了原子的大门
B．将牛顿力学概括在其中
C．使人的认识深入到宏观世界
D．为现代自然科学和技术革命提供了理论基础
[解析] 本题考查运用判断和比较的方法论证历史问题的能力。

电子和放射线的发现打开了原子的大门；相对论将牛顿力学概括在其中；相对论和量子论的创立，使人的认识深入到微观世界。

[答案] D
二、非选择题
13．阅读下列材料，完成问题。

材料一伽利略发现运动中的物体若无一定的外力使它转向，便做匀速直线运动。

这一发现要求人们必须能解释：为什么行星不以直线飞离，而趋于落向太阳，结果形成椭圆形的运动轨道；为什么月亮同样地趋于落向地球。

——斯塔夫里阿诺斯《全球通史》材料二牛顿的贡献绝不仅限于创立了万有引力定律和力学三大定律，更重要的在于他给当时的人们展现了一个像钟表一样严格遵循既定规则而运转的机械论世界。

这种机械论世界观影响西欧人达两个世纪之久，极大地改变了西方人对待自然界以及对待上帝的看法，培育了一种注重必然性的理性精神。

……牛顿力学中的机械观经伏尔泰介绍到法国，深刻地感染了启蒙思想家。

——赵林《西欧启蒙运动的发展历程》材料三20世纪初，爱因斯坦从相对论的思想出发，提出了著名的质能公式，揭示出人类可以将物质的部分质量直接转换为巨大的、并能被人类直接利用的能量。

这为核开发提供了理论依据。

后来爱因斯坦得知美国向广岛、长崎投下原子弹，平民伤亡惨重时，感到非常痛心。

他说，致信罗斯福提议研制核武器，是自己一生中最大的错误和遗憾。

——李华平《超越2012：世界危机与人类的选择》
(1)针对材料一的问题，牛顿是怎么回答的？他的主要成就是什么？
(2)依据材料二指出，牛顿的科学理论与启蒙运动的关系。

(3)依据材料二、三并结合所学知识指出，爱因斯坦对人类的发展作出的巨大贡献。

[解析] 第(1)问，针对材料一中“为什么行星不以直线飞离”等，可用牛顿“万有引力定律”来回答；牛顿的贡献结合所学知识回答。

第(2)问，注意提炼材料二关键信息，归纳两者之间的内在联系。

第(3)问，首先根据材料二的启示，回答相对论对人类思想的影响；其次根据材料三归纳出原子能的发现。

[答案] (1)回答：万有引力定律。

成就：建立了一个以实验为基础，以数学为表达形式的经典力学体系。

(2)经典力学展现了遵循规则而运转的世界，为启蒙思想家培育了一种注重必然性的理性精神，推动了启蒙运动的开展。